DE3528750A1 - Regelungsvorrichtung fuer einen hochleistungsplasmabrenner, insbesondere fuer einen schmelzofen - Google Patents

Regelungsvorrichtung fuer einen hochleistungsplasmabrenner, insbesondere fuer einen schmelzofen

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DE3528750A1 DE19853528750 DE3528750A DE3528750A1 DE 3528750 A1 DE3528750 A1 DE 3528750A1 DE 19853528750 DE19853528750 DE 19853528750 DE 3528750 A DE3528750 A DE 3528750A DE 3528750 A1 DE3528750 A1 DE 3528750A1
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Description

Voest-Alpine Aktiengesellschaft
Linz (Österreich)
Regelungsvorrichtung für einen Hochleistungsplasmabrenner, insbesondere für einen Schmelzofen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelungsvorriehtung für einen Hochleistungsplasmabrenner, insbesondere für einen Schmelzofen, bestehend aus einem steuerbaren Stromrichter für den Lichtbogenstrom, einem den Stromrichter steuernden Stromregler mit einem Sollwertgeber und einem Istwertgeber für den Lichtbogenstrom und aus einem Stelltrieb für den Elektrodenabstand des Plasmabrenners.
Bei Schmelzöfen, die mit Hilfe eines Plasmabrenners betrieben werden, wird üblicherweise der Lichtbogenstrom in Abhängigkeit von einer Sollwertvorgabe geregelt und die vom Elektrodenabstand abhängige Lichtbogenspannung über einen Stelltrieb für den Elektrodenabstand von Hand aus eingestellt. Die Lichtbogenstromregelung bereitet dabei keine Schwierigkeiten, weil aufgrund des für die benotigte Leistung hohen Lichtbogenstroms sich die Lichtbogenstrecke im Bereich des steigenden Astes der durch die Zuordnung zwischen Lichtbogenspannung und Lichtbogenstrom bestimmten Kennlinie befindet. Nachteilig ist allerdings, daß die Lichtbogenleistung nur grob an den Leistungsbedarf angepaßt werden kann, da sie bei einem vorgegebenen Lichtbogenstrom von dem Elektrodenabstand abhängt, der von Hand aus eingestellt wird. Diese Handeinstellung läßt außerdem die sich ändernde Abhängigkeit zwischen Strom und Spannung mit dem sich ändernden Elektrodenabstand unberücksichtigt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu vermeiden und eine Regelung für einen Hochleistungsplasmabrenner zu schaffen, die mit einfachen Mitteln
eine Anpassung der Lichtbogenstrecke an die jeweils gewünschten Verhältnisse erlaubt und eine dem Leistungsbedarf entsprechende Lichtbogenleistung sicherstellt.
Ausgehend von einer Regelungsvorrichtung der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, daß ein einerseits an einen Sollwertgeber für die Lichtbogenleistung und anderseits an Istwertgeber für den Lichtbogenstrom und die Lichtbogenspannung angeschlossener Leistungsregler vorgesehen ist, daß der Stelltrieb für den Elektrodenabstand des Plasmabrenners an einem mit einem Istwertgeber für den Elektrodenabstand verbundenen Lageregler anliegt, dessen Sollwerteingang mittels eines Umschalters wahlweise mit dem Ausgang des Leistungsreglers, mit einem Sollwertgeber für den Elektrodenabstand oder mit einem Sollwertgeber für die Lichtbogenspannung verbindbar ist, und daß der Sollwerteingang des Stromreglers über einen weiteren Umschalter wahlweise vom Leistungsregler oder vom Sollwertgeber für den Lichtbogenstrom beaufschlagbar ist.
Da dem Plasmabrenner ein Leistungsregler zugeordnet ist, kann die Brennerleistung in Abhängigkeit von einem Leistungssollwert genau vorgegeben werden, wobei es möglich ist, entweder den Lichtbogenstrom oder die Lichtbogenspannung konstant zu halten, um die Leistung über die Lichtbogenlänge, also den Elektrodenabstand, bzw. über den Lichtbogenstrom zu regeln. In dem einen Fall werden der Sollwerteingang des Stromreglers über den vorgesehenen Umschalter an einen Sollwertgeber für den Lichtbogenstrom und der Sollwerteingang des Lagereglers an den Ausgang des Leistungsreglers angeschlossen, während im anderen Fall der Leistungsreglerausgang mit dem Stromregler und der Lageregler mit einem Sollwertgeber für die Lichtbogenspannung verbunden werden. Damit ist es möglich, entsprechend den Anforderungen des Schmelzbetriebes eine bestimmte Ofenleistung entweder mit einer größeren oder kleineren Lichtbogenlänge sicherzustellen. Bei einer gegebenen Ofenleistung bedingen eine kleinere Lichtbogenlänge einen höheren Strom und ein kleinerer Strom
eine größere Lichtbogenlänge. Da sich die Lichtbogenlänge auf den Leistungsfaktor auswirkt, erlaubt die erfindungsgemäße Regelungsvorrichtung auch einen Ofenbetrieb mit einem optimalen Leistungsfaktor, indem ein größter zulässiger Elektrodenabstand über den Sollwertgeber für die Lichtbogenspannung vorgegeben wird.
Um zu verhindern, daß beim Zünden des Plasmabrenners der Lichtbogenstrom nicht über einen oberen Grenzwert ansteigt, kann in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgesehen werden, daß der Stromregler über eine einerseits an den Istwertgeber für die Lichtbogenspannung und anderseits an einen Sollwertgeber für eine Zündspannung angeschlossene Vergleichsschaltung steuerbar ist. Die Zündspannung wird durch den Sollwertgeber vorgegeben, wobei der Sollwert mit der Lichtbogenspannung in der Vergleichsschaltung verglichen und die festgestellte Spannungsdifferenz an den Stromregler angelegt wird, der in Abhängigkeit von diesem Steuersignal den Zündstrom begrenzt. Nach dem Zünden tritt diese Steuerung des Stromreglers außer Betrieb.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausfuhrungsbeispiel schematisch dargestellt, und zwar wird eine erfindungsgemäße Regelungsvorrichtung für einen Hochleistungsplasmabrenner in einem schematischen Blockschaltbild gezeigt.
Der dargestellte Plasmabrenner für einen Schmelzofen weist eine mit Hilfe eines Stelltriebes 1 verstellbare Elektrode 2 auf, die mit dem Ofengefäß 3 bzw. dem Ofeneinsatz als Gegenelektrode zusammenwirkt. Die Energieversorgung dieses Plasmabrenners erfolgt über einen Transformator 4 und einen thyristorgesteuerten Stromrichter 5, der von einem Stromregler 6 her angesteuert werden kann. Der Sollwerteingang des Stromreglers 6 kann dabei über einen Umschalter 7 entweder an einen Sollwertgeber 8 für den Lichtbogenstrom oder an den Ausgang eines Leistungsreglers 9 angeschlossen werden, dem ein Sollwertgeber 10 für eine Sollleistung zugeordnet ist. Der Istwerteingang des Strom- .
reglers 6 liegt dabei an einem Stromwandler 11 an.
Zur Steuerung des Stelltriebes 1 ist ein Lageregler 12 vorgesehen, dessen Sollwerteingang über einen zweiten Umschalter 13 wahlweise mit dem Ausgang des Leistungsreglers 9, einem Sollwertgeber 14 für den Elektrodenabstand oder einem Sollwertgeber 15 für die Lichtbogenspannung verbunden werden kann. Der Istwert des Elektrodenabstandes wird dem Lageregler über einen geeigneten Istwertgeber 16 zugeführt. Da aufgrund dieser Schaltung entweder der Lichtbogenstrom über den Stromregler 6 bei konstanter Lichtbogenspannung oder der Elektrodenabstand über den Lageregler bei konstantem Lichtbogenstrom in bezug auf eine vorgegebene Solleistung geregelt werden kann, muß dem Leistungsregler 9 der Istwert des Lichtbogenstromes und der Lichtbogenspannung zugeführt werden. Als Istwertgeber für den Lichtbogenstrom dient der Stromwandler 11, während für die Lichtbogenspannung ein Istwertgeber 17 vorgesehen ist, der die zwischen den Elektroden herrschende Spannung bestimmt.
Zum Zünden des Brenners wird zusätzlich ein Sollwertgeber 18 für die Zündspannung verwendet, der an dem einen Eingang einer Vergleichsschaltung 19 anliegt, dessen anderer Eingang vom Istwertgeber 17 für die Lichtbogenspannung beaufschlagt wird. Mit Hilfe des Ausgangssignales dieser Vergleichsschaltung wird der Stromregler 6 im Sinne einer Begrenzung des Zündstromes gesteuert, so daß der Zündstrom unter einem vorgegebenen Wert bleibt. Diese Strombegrenzung über die Vergleichsschaltung 19 tritt nach dem Zünden des Plasmabrenners außer Betrieb.
Zündet der Hauptlichtbogen zwischen der gegen den Ofeneinsatz bewegten Elektrode 2 und dem Ofeneinsatz, so wird der Elektrodenabstand sofort vergrößert, bis die vorgegebene, am Sollwertgeber 10 eingestellte Solleistung erreicht wird. Gemäß der Stellung der Umschalter 7 und 13 wird dabei dem Stromregler 6 über den Sollwertgeber 8 ein bestimmter Stromsollwert vorgegeben, so daß der Lageregler
über den Leistungsregler 9 mit einem Sollwert beaufschlagt wird, der der Lichtbogenspannung entspricht, die zur Erreichung der gewählten Solleistung bei dem vorgegebenen Stromsollwert notwendig ist. Da bei einer vorgegebenen Leistung der Lichtbogenstrom mit der Lichtbogenlänge abnimmt und die Lichtbogenspannung mit der Lichtbogenlänge zunimmt, kann über die Stromsollwertvorgabe eine gewünschte Lichtbogenlänge sichergestellt werden.
Ändert sich der Lichtbogenstrom, so wird dies dem Stromregler 6 über den Stromwandler 11 angezeigt, der die Abweichung in Abhängigkeit von der Soll- Istwertdifferenz ausregelt. Ändert sich jedoch die Lichtbogenlänge, beispielsweise aufgrund einer Änderung des Badspiegels im Ofengefäß 3, so wird dies über den Istwertgeber 17 der Lichtbogenspannung dem Leistungsregler mitgeteilt, der in Abhängigkeit von der eingestellten Solleistung den Lageregler 12 mit einem entsprechenden, neuen Sollwert beaufschlagt, was das Nachstellen der Elektrode 2 über den Stelltrieb 1 zur Folge hat.
Soll der Plasmabrenner mit einem optimalen Leistungsfaktor betrieben werden, so wird der Stromregler 6 über den Umschalter 7 mit dem Leistungsregler 9 verbunden, während der Lageregler 12 über den Umschalter 13 an den Sollwertgeber 15 für die Lichtbogenspannung angeschlossen wird. Durch den Sollwertgeber 15 kann somit eine maximale, zulässige Lichtbogenspannung über den Elektrodenabstand vorgegeben werden, um einen günstigen Leistungsfaktor sicherzustellen. Mit dem Elektrodenabstand wird ja der Leistungsfaktor verbessert. Eine solche Konstanthaltung des Elektrodenabs tan des bedingt selbstverständlich eine Steuerung des Lichtbogenstromes in Abhängigkeit von der vorgegebenen Solleistung. Diese Steuerung erfolgt über den Leistungsregler 9, der den jeweiligen Stromsollwert dem Stromregler als Führungsgroße vorgibt. Damit ein bestimmter Leistungsfaktor eingehalten werden kann, kann der Sollwertgeber 15 für die Lichtbogenspannung mit einem cosy-Regler versehen
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werden, über den der Lageregler 12 mit einem entsprechenden Sollwert beaufschlagt wird, so daß eine bestimmte Lichtbogenspannung eingehalten wird.
Um bei der Vorgabe eines Spannungssollwertes, der eine möglichst große Lichtbogenlänge sicherstellen soll, das Unterschreiten eines minimalen Lichtbogenstromes zu verhindern, ist eine nicht näher dargestellte Schaltung vorzusehen, die beim Absinken des Lichtbogenstromes unter diesen Grenzwert den Spannungssollwert absenkt, was sich in einer Verkleinerung des Elektrodenabstandes und einer Vergrößerung des Lichtbogenstromes auswirkt.
Werden der Stromregler 6 über den Umschalter 7 an den Sollwertgeber 8 für den Lichtbogenstrom und der Lagerregler 12 über den Umschalter 13 an den Sollwertgeber 14 für den Elektrodenabstand angeschlossen, so ist eine Handsteuerung unabhängig vom Leistungsregler 9 mittels der jeweiligen Sollwertvorgabe möglich. Bei dieser Betriebsart können der Lichtbogenstrom und der Elektrodenabstand voneinander unabhängig beeinflußt werden.
Die erfindungsgemäße Regelungsvorrichtung für Plasmabrenner ist nicht auf die Anwendung der Plasmabrenner auf Schmelzöfen beschränkt, sondern kann überall dort eingesetzt werden, wo größere Brennerle istungen verlangt werden, wie dies beispielsweise bei Plasmaschneideinrichtungen oder Plasmaschweißeinrichtungen der Fall ist.
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Claims (2)

  1. Voest-Alpine ikxienge&ellsckait : οcο ο π cη
    Lin? /'Östi?T-reTnbT ODZO/OU
    Patentansprüche
    [1/ Regelungsvorrichtung für einen Hochleistungsplasmabrenner, insbesondere für einen Schmelzofen, bestehend aus einem steuerbaren Stromrichter für den Lichtbogenstrom, einen den Stromrichter steuernden Stromregler mit einem Sollwertgeber und einem Istwertgeber für den Lichtbogenstrom und aus einem Stelltrieb für den Elektrodenabstand des Plasmabrenners, dadurch gekennzeichnet, daß ein einerseits an einen Sollwertgeber (10) für die Lichtbogenleistung und anderseits an Istwertgeber (11, 17) für den Lichtbogenstrom und die Lichtbogenspannung angeschlossener Leistungsregler (9) vorgesehen ist, daß der Stelltrieb Cl) für den Elektrodenabstand des Plasmabrenners an einem mit einem Istwertgeber (16) für den Elektrodenabstand verbundenen Lageregler (12) anliegt, dessen Sollwerteingang mittels eines Umschalters (13) wahlweise mit dem Ausgang des Leistungsreglers (9), mit einem Sollwertgeber (14) für den Elektrodenabstand oder mit einem Sollwertgeber (15) für die Lichtbogenspannung verbindbar ist, und daß der Sollwerteingang des Stromreglers (6) über einen weiteren Umschalter (7) wahlweise vom Leistungsregler (9) oder vom Sollwertgeber (8) für den Lichtbogenstrom beaufschlagbar ist.
  2. 2. Regelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromregler (6) über eine einerseits an den Istwertgeber (17) für die Lichtbogenspannung und anderseits an einen Sollwertgeber (1.8) für eine Zündspannung angeschlossene Vergleichsschaltung (19) steuerbar ist.
DE19853528750 1984-09-26 1985-08-10 Regelungsvorrichtung fuer einen hochleistungsplasmabrenner, insbesondere fuer einen schmelzofen Ceased DE3528750A1 (de)

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